融合数据与机制的跨尺度复杂网络建模与分析

Complex network is among frontiers of contemporary scientific research, where establishing an accurate and complete theoretical model to characterize the real-world network has become one of the most challenging topics. In the practice, data from real-world networks are analyzed by dividing the networks into communities using multiple-scaled network characterization in spectral graph theory, mining local structure of each divided block to obtain the adjacency matrix of the local pattern graph, approximating each community using Kronecker network defined by Kronecker product of the pattern matrix, exploring the coupling modes between communities and establishing the theoretical model of complex networks considering both local pattern and coupling mechanism between communities, and finally evaluating the validity of the model as well as obtaining an actual explanation of the network segmentation and local pattern through the comparison with the results of the theoretical model. In theory, from the view of multi-scale structural feature fusion, the project aims to combine the local statistical feature of real networks with the global formation rules, and to explore the mechanism of formation of complex networks. The project is of significant theoretical importance and practical value, and will help deepen the understanding of the real world networks.

复杂网络是当今科学研究的前沿领域，而建立可以精确地和完全地描述真实世界网络的理论模型一直是该领域基础且具挑战性的课题。技术上，项目从真实世界的网络数据出发，利用谱图理论的多尺度刻划特性对网络进行全局社区划分；基于社区划分，对单个社区内进行数据挖掘，获取社区中的局部模式；借助于局部模式迭代生成社区的张量图；探索社区间的耦合模式,搭建融合局部模式和社区间耦合模式的复杂网络的理论模型；将理论模型与真实网络数据进行比较，获得对该复杂网络理论模型的有效性评价以及社区划分和局部模式的实际解释。理论上，项目旨在结合真实网络的局部结构统计特性和全局结构生成规则，从多尺度结构特征融合的角度探索复杂网络的形成机制。项目如能达到预期成果，将可以有效地推进对于真实世界网络的理解，具有显著的理论意义和实践价值。

复杂网络是当今科学研究的前沿领域，而建立可以精确地描述真实世界网络的理论模型一直是该领域基础且具挑战性的课题。项目组针对数据与模型驱动的融合建模问题展开研究，取得的主要成果如下：.I）从真实的全球贸易网络数据出发，结合食源性疾病传播媒介的多元性特点，挖掘真实数据中的分布特征并叠加生成网络模型。通过定义三种层次网络多样性指标（丰富性、相似性和均匀性），获得了网络多样性在相互作用和竞争并存情况下的影响，建立了跨层协作和层间传输的阈值之间的量化关系。采用了反应扩散传播，对网络上的传染病传播进行了研究，研究结果表明：具有节点和边权重的灵活的可变性的蔬菜贸易网络对于全球流行病而言具有不确定阈值；在全球尺度上，社区间的“渗透作用”与社区结构内的不限制传播迅速促进社区之间边缘的消失，导致同步扩散在整个网络；II）考虑网络链接的不同属性：基于影响力和相似性连接，研究了网络的链接属性与节点活跃度以及网络演化之间的关系。研究结果表明，个体多样性对网络稳定起到了基础性作用；而高影响力的节点在维持和扩大这些活跃块时起到了关键作用。III）在研究网络结构与行为协同方面，提出了一个完整的框架来认识和研究政治意见的形成，研究初始观点形成和意见容忍度差异时都很好的与政治党派结合。.通过项目研究，深化了对于真实世界的理解、创新了网络建模理论、促进了网络演化动力学为的研究，为社会网络研究提供了框架与思路，也为社交网络中商业模式的设计与可行性验证提供了方案。